قد يبدو أن وعاء من حبوب الأرز لا يشترك في شيء مع سد صخري ضخم أو صفيحة جليدية في القطب الجنوبي. لكن انظر قليلا عن قرب. عندما يُسكب الأرز المنفوش في الحليب وضغطه لأسفل ، يتسلل السائل إلى الحبوب. ثم يغرق الأرز في السائل مع تحطم كبير. في هذه المرحلة ، يبدأ الزحف البطيء مرة أخرى. توصلت دراسة جديدة إلى أن هذه الحوادث - التي تسمى زلازل الأرز - تحدث في أوقات منتظمة يمكن التنبؤ بها. ويمكن أن يساعد نقع الأرز المقرمش في الحليب العلماء على فهم كيفية تفكك الأشياء الكبيرة ، مثل الصفائح الجليدية الضخمة أو أكوام الصخور.
يعمل إيتاي إيناف في أستراليا بجامعة سيدني. من الناحية الفنية ، فهو مهندس يدرس المواد الحبيبية. ويمكن أن تكون أي شيء من الصخور والرمل إلى الدقيق. لكن في هذه الأيام ، يمكنك أن تسميه عالم الحبوب. "لقد عملت لعدة سنوات في رايس كرسبيز الجافة مع زميل" ، يشرح.
لقد أجروا سلسلة من الدراسات ، فقط نظروا في كيفية سحقها. وبعد ذلك ، أدركوا ، "كانت هناك صلة بالصخور." ويقول إن الأنماط التي تظهر عند سحق الحبوب "متشابهة بشكل لافت للنظر."
ومع ذلك ، فإن العلم المتعلق بالحبوب وحدها سوف يجف قريبًا. لذلك قام هو وفرانسوا جيلارد بصب حبوب الأرز المنفوخة في أنبوب مملوء بالماء أو الحليب. (تسمى حبوب الأرز المنتفخة رايس كرسبيز في الولايات المتحدة ولكن فقاعات الأرز في أستراليا). ثم أضاف الزوج وزناً في الأعلى. عند 3 كيلوغرامات (6.6 رطل) ، كان هذا الوزن ثقيلًا مثل كتاب سميك جدًا. "نحن نعلم ماذا يحدث عندما تضيف الحليب بدون ضغط. لقد فعلها الجميع في المنزل ". كان الضغط على الحبوب من شأنه أن يقلد بشكل أفضل سد الصخور الثقيلة ، كما يشك هو وغيلارد.
تلك السدود عبارة عن تلال كبيرة من الصخور والأوساخ. إنها رخيصة الصنع لأنها لا تحتاج إلى الخرسانة أو مواد أخرى باهظة الثمن. يمكن العثور على الأوساخ والصخور في أي مكان. علاوة على ذلك ، فإن هذه السدود لن تتصدع - كقوة خرسانية - عندما يضرب الزلزال. سدود الصخور هي هياكل مهمة. إنهم يحتفظون بالمياه لإنشاء خزانات كبيرة. توفر تسربات المياه التي يتم التحكم فيها من بعضها طاقة كهربائية. قد تمنع السدود الأخرى النفايات الكيميائية من المناجم أو العمليات الأخرى من الانسكاب في البيئة.
ولكن على عكس السدود المصنوعة من الخرسانة (مثل سد هوفر) ، فإن تلك المصنوعة من الصخور والأرض بها ثقوب. يوضح أيناف أنه حتى أكثر الصخور صلابة بها ثقوب صغيرة وصغيرة. "لا توجد صخور بدون ثقوب." كما توجد جيوب هوائية بين الصخور والكتل الترابية.
بمرور الوقت ، يمكن أن تتسلل المياه إلى هذه المساحات الهوائية. تتسرب إلى الأعلى من قاع السد باتجاه القمة من خلال عملية تُعرف باسم الشعيرات الدموية إجراء . تبدأ المادة المنقوعة في الغرق. حتى أنه يمكن أن ينهار. في عام 1998 ، انهار سد صخري في أزنالكولار بإسبانيا. أدى هذا إلى تسرب أطنان من نفايات المناجم الخطرة إلى نهر محلي.
قرر Einav و Guillard بناء نموذج الأرز المنفوش الذي قد يساعدهم على التنبؤ متى قد ينهار سد صخري كبير. كانوا يراقبون حبوبهم المبللة الموزونة بعناية. كما قاموا بتصوير مقاطع فيديو وتسجيل الأصوات التي أنتجتها هذه الحبوب.
الزحف والانهيار
وجد الباحثون أن حبوب الأرز تنهار إلى سائل في مرحلتين مختلفتين ومتكررتين. في مرحلة "الزحف" ، ينقع الحليب أو الماء لأعلى. دخلت في فتحات الهواء داخل الأرز وبين الحبوب. في غضون ذلك ، أدى الوزن الذي وضعه العلماء على القمة إلى ضغط الحبوب الجافة من الأعلى. أحدث هذا أصوات طقطقة صغيرة حيث يتم سحق الأرز.
عندما أصبح الضغط النزولي كبيرًا جدًا ، تعرضت حبوب النقع لزلزال الأرز. مرة واحدة ، تحولت الحبوب إلى أسفل بصوت صوت طقطقة مسموع. كانت أعلى بكثير من الخشخشة السابقة.
هل تسمع صوت الطقطقة والصوت والصوت أعلى؟ هذا هو انهيار من مرحلتين للأرز المنفوش تحت الضغط. الصوت:I.Einav و F. Guillard
تتكرر هذه الدورة مرارا وتكرارا. من خلال مراقبة الأرز المنفوش ، تمكن العلماء من توقع نمط ثابت.
عندما تغرق الحبوب في وعاء الحليب ، تحدث زلازل الأرز هذه على فترات أطول وأطول. قد يبدو أن الحبوب تغرق بسلاسة في الحليب. وجد العلماء أن العملية كانت في الحقيقة عبارة عن سلسلة من الزحف والانهيارات. يحدث الشيء نفسه عندما يفشل سد الصخور ، يلاحظ أيناف. قد يبدو أن الكارثة تحدث دفعة واحدة ، لكنها في الواقع "مصنوعة من أحداث انهيار صغيرة". ويقول إن هؤلاء يتحكمون في سرعة فشل السد.
قد تنطبق النتائج الجديدة على أكثر من سدود الصخور. بعد نمذجة زلازل الأرز ، سمعت أيناف عن "زلازل الجليد". هذه كتل من الجليد تتحول وتنزلق مع امتصاص الماء الذائب من الأسفل. يقول أيناف:"تحدث مرتين يوميًا في القارة القطبية الجنوبية".
قارن هو و Guillard نموذجهما بتيار متحرك من الجليد في القارة القطبية الجنوبية يسمى تيار ويلانز الجليدي. ووجدوا أن تيارات الجليد تتحرك بطرق مشابهة جدًا للأرز والحليب المنفوش.
يقول أيناف:"بمجرد أن نحصل على النموذج والمعادلات ، يمكننا أن نلعب به ونتخيل ما يحدث" مع تغير التيارات الجليدية. نشر الفريق نتائجه في 12 أكتوبر في مجلة Science Advances .
تعجب Kerstin Nordstrom حقًا "بفكرة فريقهم المتمثلة في إنشاء نموذج مصغر" وتتبع الانهيارات بالصوت. وهي عالمة فيزيائية في كلية ماونت هوليوك في جنوب هادلي ، ماساتشوستس. وهي تقول:"إنها طريقة رائعة لفهم الآليات التي تحدث داخل مادة ما عندما لا تستطيع أن ترى بداخلها". يستخدم العلماء الصوت لتتبع الزلازل ، على سبيل المثال.
يضيف ييدا زانج أن الرياضيات التي استخدمها إيناف لنمذجة الحبوب الغارقة يمكن أن تنطبق بالتأكيد على سدود الصخور. إنه مهندس في جامعة كولورادو في بولدر يدرس مثل هذه السدود. وهو يقول إنه من السهل نسبيًا معرفة ما إذا كان السد سينهار أم لا. متى انه من الصعب التنبؤ بانهيار. ويقول إن حبوب الإفطار المتواضعة قد تساعد الناس على توقع مثل هذه الكوارث قبل وقوعها.
"أنا لا أحاول إنقاذ العالم مع رايس كريسبيز ،" يلاحظ أيناف. إنه متحمس فقط لمشاهدة المواد وهي تنهار - سواء كان ذلك صفيحة جليدية أو وعاء من الحبوب. كان يعلم أنه سيحدث بعض الانهيار في تجربته ، كما يقول. لكن العثور على سلسلة منتظمة ومنظمة من زلازل الأرز؟ "لقد كانت رائعة وجميلة".
